發(fā)動機涂裝線VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)方案概述

周智勇 黃崗 萬陽 李小強 于建新 郭敏

摘 要：文章主要介紹了固定排放源VOCs檢測方式，汽車制造行業(yè)表面涂裝VOCs的排放實施在線監(jiān)測的必要性，詳細闡述了發(fā)動機涂裝線當前采用的VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成和適用環(huán)境條件以及各核心組成部件的技術(shù)指標要求，總結(jié)了該套VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)的一些特點并給出了一些項目實施的注意事項。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機涂裝線;VOCs;在線監(jiān)測

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）14-189-04

Abstract： This paper mainly introduces the detection method of fixed emission source VOCs and the necessity of implemen -ting on-line monitoring of VOCs emission from surface coating in automobile manufacturing industry. The composition and applicable environmental conditions of VOCs on-line monitoring system currently used in engine coating line as well as the technical index requirements of each core component are elaborated in detail. Some characteristics of this set of VOCs on-line monitoring system are summarized and some matters needing attention in project implementation are given.

Keywords： Engine coating line; VOCs; Online monitoring

CLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-189-04

前言

汽車制造業(yè)排放的主要污染物為揮發(fā)性有機物，它是環(huán)保重點關(guān)注的行業(yè)，現(xiàn)在國家及地方相繼出臺了大量的法律法規(guī)，國家標準以及部分省份推出的地方標準都對汽車制造行業(yè)表面涂裝 VOCs 排放問題進行監(jiān)管和控制，對非甲烷總烴進行合理管控，將其作為污染物管控的主要對象。

對于涂裝線 VOCs 檢測過程常規(guī)的做法是通過離線檢測和遠程在線監(jiān)測兩種檢測方式進行的。其中離線檢測方式采樣點比較有限，同時其對于時間及測試環(huán)境的負面影響比較敏感，分析過程相對滯后，測量的數(shù)據(jù)結(jié)果相對偏低，所以一般都難以體現(xiàn)出固定污染源排放的實時 VOCs 變化。在線監(jiān)測技術(shù)提高了影響因素的分辨率同時減少了檢測過程中外界一些因素可能會帶來的負面影響，進而實時的對固定污染源的 VOCs 排放進行連續(xù)監(jiān)控。

1 Honeywell Aura F VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 Honeywell Aura F系統(tǒng)監(jiān)測項目

NMHC（非甲烷總烴）濃度、苯系物濃度、溫濕度、壓力、流速等。

1.2 應(yīng)用環(huán)境條件

（1）供電電壓：220（±10%）V AC/（50-60）Hz;

（2）分析小屋內(nèi)的系統(tǒng)部件環(huán)境溫度：（5～35）℃;

（3）分析小屋外的系統(tǒng)部件環(huán)境溫度：（-30～60）℃;

（4）濕度：（0-90%）RH;

（5）氣壓：（86～106）kPa;

（6）煙氣溫度：≤400℃;

（7）所有設(shè)備的總用電量（KW）：主機柜功率≤4 KW，伴熱管功率為50W/m;

（8）系統(tǒng)具有防塵、防雨、防電磁輻射、防雷、防低溫和防火的設(shè)計。

1.3 系統(tǒng)測量方法

1.4 系統(tǒng)組成

Honeywell Aura F VOCSs在線監(jiān)測系統(tǒng)由采樣系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、在線氣相色譜儀、氣源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、輔助監(jiān)測系統(tǒng)、標定系統(tǒng)等組成。

（1）采樣系統(tǒng)主要由采樣探頭和伴熱管線組成。測量時煙氣由機柜內(nèi)的高溫采樣泵抽取，樣氣全程高溫在120℃以上，經(jīng)由采樣探頭、高溫伴熱管線、除塵過濾器后通入VOCs分析儀進行測量。

（2）預(yù)處理系統(tǒng)主要由高溫濾芯、采樣泵、電磁閥和機柜組成。實現(xiàn)反吹、機柜標定、全流程標定、過濾等功能。

（3）在線氣相色譜儀配備非甲烷總烴在線氣相色譜儀。在線氣相色譜儀內(nèi)置軟件工控機，用于操作儀器、運行方法、監(jiān)控儀器狀態(tài)和上傳數(shù)據(jù)濃度。

（4）氣源由氫氣發(fā)生器、零氣發(fā)生器、空壓機、載氣、組成。為保證測量的長期準確性，實現(xiàn)反吹、標氣和零氣定期對系統(tǒng)進行零點和量程標定。

（5）數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)由集線箱和工控機構(gòu)成。

（6）輔助監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測溫度、壓力、流速、濕度。

（7）標定系統(tǒng)，可配備對應(yīng)不同濃度的標氣，也可選用動態(tài)稀釋儀對同一濃度的標氣進行稀釋。

2 Honeywell Aura F VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求

2.1 系統(tǒng)總體技術(shù)要求

2.1.1 監(jiān)測系統(tǒng)要求

（1）具有計量器具型式批準證書CPA和CCEP認證證書;

（2）機柜內(nèi)的上位機（中控電腦）控制分析儀表，僅在上位機操作就能實現(xiàn)分析儀表校準、采樣、分析及報表等所有功能。

（3）樣氣管路全程120℃以上高溫，中間無冷點。

（4）正壓進樣分析。

（5）氫氣發(fā)生器泄露監(jiān)測，監(jiān)測到漏氣自動停止產(chǎn)氫，保證系統(tǒng)安全。

（6）氫氣發(fā)生器自動調(diào)節(jié)流量，根據(jù)分析儀表要求自動調(diào)節(jié)輸出流量。

2.1.2 分析儀表要求

（1）惰性化管路保證無吸附，總烴峰為高斯峰。

（2）內(nèi)部管路全程120℃以上伴熱，無冷點。

（3）自動點火功能，點火實時監(jiān)測功能，熄火氫氣自動關(guān)閉功能。

（4）分析儀表內(nèi)散熱風扇需包含報警輸出功能。

（5）采用進口色譜柱分離甲烷、苯系物等VOCs。

（6）采用進口EPC（電子壓力控制器），進口氣動轉(zhuǎn)子閥（VICI），進樣穩(wěn)定性和重復(fù)性高。

2.2 系統(tǒng)分項技術(shù)要求

2.2.1 采樣系統(tǒng)

（1）高溫探頭

系統(tǒng)采用完全抽取全高溫的采樣方式，探頭按照國家規(guī)范安裝在管道（或煙囪）的適當位置，經(jīng)過定制長度的伴熱管線采集管道中的氣體，伴熱管線溫度伴熱到120℃以上，并進行除塵后進入氣相色譜儀分析氣體成份。分析主流路由高溫泵不間斷采樣，確保樣氣處于實時更新的狀態(tài)，有效提高系統(tǒng)響應(yīng)時間。

（2）伴熱管線

VOCs在線監(jiān)控系統(tǒng)采用的伴熱管應(yīng)用在各種防爆與非防爆場合。

2.2.2 預(yù)處理系統(tǒng)

（1）濾芯

濾芯主要是過濾高溫煙氣中的顆粒，防止小顆粒進入管道和色譜儀，發(fā)生堵塞。

（2）高溫采樣泵

（3）電磁閥

電磁閥主要是控制反吹、標定等氣路。

2.2.3 在線氣相色譜儀

（1）非甲烷總烴在線氣相色譜儀

在線氣相色譜儀采用雙閥、雙柱、單FID、全過程高溫伴熱的解決方案，樣品經(jīng)過雙閥進樣系統(tǒng)、雙色譜柱分離、氫火焰離子化檢測器檢測、分別測定樣品中的總烴和甲烷含量，總烴（THC）扣除甲烷（CH4）及空氣中氧計算非甲烷總烴（NMHC）的含量。

采樣：儀器內(nèi)置兩種采樣模式，分別用于固定污染源廢氣和儀器校準，兩種模式均采用定量環(huán)進行定體積采樣，采樣結(jié)束后均與大氣壓力平衡。測量固定污染源廢氣時，儀器以高溫泵作為采樣動力沖洗定量環(huán)并進行定體積采集。儀器進行零氣或標氣校準時，采用正壓標氣或零氣沖洗定量環(huán)并進行定體積采樣。

注樣和分析：十通閥和六通閥通過氣缸驅(qū)動從一個狀態(tài)切換到另外一個狀態(tài)，將載氣引入定量環(huán)回路上。載氣流過定量環(huán)，將樣品分別注入到空柱和色譜柱內(nèi)進行分離。本儀器總烴分析采用空柱，總烴由于在空柱上無保留，能夠快速通過色譜柱到達FID檢測器進行檢測。甲烷分析采用PLOT Q填充柱，PLOT Q填充柱位于80℃的柱溫箱，利用沸點差異，甲烷在PLOT Q填充柱上快速分離。

反吹：當甲烷色譜峰完成后，十通閥和六通閥從Inject狀態(tài)切換到Load狀態(tài)。此時，樣氣流路被轉(zhuǎn)接到采樣系統(tǒng)，而流經(jīng)甲烷色譜柱的載氣的方向相比于Inject狀態(tài)已反轉(zhuǎn)，隨著色譜柱載氣方向轉(zhuǎn)換后，非甲烷總烴被反吹出甲烷色譜柱，不被FID檢測，且不影響下一次的分析檢測。

2.2.4 氣源

氣源包括機架式氫氣發(fā)生器、機架式零級空氣發(fā)生器、空壓機、氮氣鋼瓶等。

（1）機架式氫氣發(fā)生器

內(nèi)置單片機計算機智能控制，全中文液晶顯示，自動補水，自動顯示流量，流量可根據(jù)用量自動調(diào)節(jié)。

儀器內(nèi)部采用全封閉設(shè)計，相比傳統(tǒng)堿液型氫氣發(fā)生器最大限度的避免了堿液的危害。

內(nèi)置完善的智能保護措施，超壓、超流量等都能完善的保護，有RS232接口可與主機通訊。

氫氣發(fā)生器產(chǎn)生的氫氣流量小于500ml/min，壓力小于0.3Mpa，純度99.999%，不足以發(fā)生爆炸。

氫氣發(fā)生器與VOCSs主儀表（在線氣相色譜儀）之間設(shè)有截止閥，在FID使用完后，即可關(guān)閉截止閥，確保H2不泄露。

（2）機架式零氣發(fā)生器

高效催化：采用高溫催化氧化技術(shù)，以多種貴金屬材料做催化劑。將烴類物質(zhì)完全氧化生成二氧化碳和水，達到凈化的目的。

潔凈干燥：內(nèi)置進口脫水膜和顆粒過濾裝置，使產(chǎn)品氣的露點降至-20℃以下，顆粒直徑小于0.01微米。

內(nèi)置單片計算機控制，全中文液晶顯示，有完善的保護措施，有RS232接口與主機通訊。

可加裝二氧化碳、氮氧化物及無機硫脫除裝置。

可加裝緩沖罐，用于推閥。

（3）無油空氣壓縮機

低噪聲：采用減震系統(tǒng)，快速增壓系統(tǒng)。

潔凈干燥：優(yōu)化儀器配置，降低氣體中的水分。

2.2.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（1）適用范圍

VOCs CEMS在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件對本系統(tǒng)進行整體數(shù)據(jù)采集和管理。系統(tǒng)軟件按要求生成國家環(huán)保部門要求的報表，通過數(shù)據(jù)遠端傳輸傳送到環(huán)保相關(guān)主管部門，監(jiān)測系統(tǒng)也可以實現(xiàn)與企業(yè)內(nèi)部的智能監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

（2）主要功能

1）數(shù)據(jù)顯示功能

屏幕顯示甲烷、總烴、非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯等因子的實時濃度，且標記數(shù)據(jù)的狀態(tài)。

屏幕顯示設(shè)備各參數(shù)的實時數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀態(tài)，如煙氣溫度、壓力、流速或流量、煙氣濕度等。

2）數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換功能

污染物濃度以干基標準狀態(tài)值計算。

濃度數(shù)據(jù)自動處理為整點1小時數(shù)據(jù)組，如果數(shù)據(jù)超標則進行報警。

屏幕顯示甲烷、總烴、非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯的濃度的有效小時均值、有效日均值、有效月均值、有效季均值、有效年均值并支持打印和上傳。

3）數(shù)據(jù)的檢索功能

可根據(jù)時間段檢索，繪制甲烷、總烴、非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯的濃度趨勢譜圖。

4）數(shù)據(jù)的存儲功能

上位機單次數(shù)據(jù)存儲不少于12個月，1小時數(shù)據(jù)存儲不少于5年。

在線氣相色譜儀原始數(shù)據(jù)存儲不少于2周，可根據(jù)需要設(shè)定。

5）監(jiān)測參數(shù)設(shè)置功能

可設(shè)置各測量數(shù)據(jù)的報警上限和下限。

可設(shè)置（4～20）mA模擬輸入量有關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)輸入開關(guān)量所代表的報警含義。

可設(shè)置管道橫斷面面積。

系統(tǒng)具有二級管理權(quán)限，管理員可以根據(jù)需要設(shè)置管理權(quán)限和登陸密碼。

6）數(shù)據(jù)遠傳功能

現(xiàn)場的氣相色譜儀定時段數(shù)據(jù)不僅能夠在本地磁盤中備份，也可以上傳至遠端服務(wù)器。

選擇合適數(shù)據(jù)遠傳單元，利用當?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)與環(huán)保局環(huán)保信息平臺通信，上報監(jiān)測數(shù)據(jù)。

7）與企業(yè)端系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

與企業(yè)端系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，向企業(yè)端系統(tǒng)輸送濃度數(shù)據(jù)和報警信息。

2.2.6 輔助監(jiān)測系統(tǒng)（根據(jù)監(jiān)測要求選配）

煙氣溫度、壓力、流量（流速）測量儀（溫壓流一體機）。

2.2.7 標定系統(tǒng)

2.2.7.1 標氣

適配標氣

標氣瓶配備相關(guān)的減壓閥，具體的濃度根據(jù)工況進行調(diào)整，舉例如表4：

3 小結(jié)

3.1 在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用常見的幾個難點

（1）監(jiān)測數(shù)據(jù)真實性如何保證;

（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)的長期一致性如何保證;

（3）如何適應(yīng)高溫、高濕、腐蝕環(huán)境;

（4）揮發(fā)性有機物的成分復(fù)雜如何精確測量;

（5）如何降低客戶綜合使用成本。

3.2 Honeywell Aura F系統(tǒng)特點

3.2.1 數(shù)據(jù)真實準確，穩(wěn)定性高

（1）準確測量非甲烷總烴，苯系物及定制化特征因子;

（2）色譜分析儀采用EPC壓力流量控制，及特有ATC技術(shù)的恒溫柱箱，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的高重復(fù)性及長期穩(wěn)定性;

（3）色譜分析儀壓力精度達到0.001psi，溫度控制精度達到0.01?C;

（4）色譜分析儀采用全程伴熱，及有限元熱分析設(shè)計，保證數(shù)據(jù)的準確性;

（5）采樣管線采用PTFE或惰性化金屬，降低樣品吸附，保證數(shù)據(jù)準確性;

（6）前處理采用帶反吹的多級過濾系統(tǒng)，保證各種工況測試的準確性;

（7）高可靠性流程分析及工控技術(shù)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.2.2 系統(tǒng)操作簡單，維護輕松

（1）平臺軟件支撐;

（2）斷電恢復(fù)現(xiàn)場，斷氣保護，實現(xiàn)無人值守;

（3）界面簡潔易懂，操作簡單;

（4）自動校準&提醒，降低人工成本;

（5）自動去除濾芯雜質(zhì)，降低更換成本;

（6）內(nèi)部空間開闊，操作舒適性強;

（7）專家團隊實時遠程支持，維護成本低;

（8）系統(tǒng)耗氣量小，降低運維成本。

3.2.3 安全可靠，現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性好

（1）熄火自動斷氣，穩(wěn)定后自動點火，安全性高;

（2）完整的系統(tǒng)診斷日志，安全日志強健;

（3）可選配防爆應(yīng)用方案，適應(yīng)防爆環(huán)境;

（4）可選配多種氣體組分，通用性強。

3.3 在線監(jiān)測系統(tǒng)項目實施的其它注意事項

（1）采樣點及采樣位置的選取;

（2）采樣平臺的設(shè)計及安裝;

（3）橋架的選取及鋪設(shè);

（4）監(jiān)測小室體的設(shè)計;

（5）在線監(jiān)測系統(tǒng)的驗收標準。

在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用可實時的對涂裝車間 VOCs 排放進行連續(xù)監(jiān)控。實時監(jiān)測排放的廢氣有害物質(zhì)含量是否持續(xù)達到國家或地方的排放標準和總量控制標準;連續(xù)評價涂裝廢氣治理設(shè)施的性能和運行情況，為企業(yè)的大氣排放環(huán)境評價和日常管理提供支持。